Исследование активности аденилатциклазы в рецепторе ауксинов
Сигнальная трансдукция в живых организмах, включая растения, подобна домино: стимул (например, гормон ауксин) толкает первый блок — рецептор, активация которого запускает цепь реакций, приводящую к изменению экспрессии генов и физиологическому ответу.
Открытие активности в рецепторе
Международная группа учёных, включающая специалистов из Университета Николая Коперника (NCU), обнаружила, что рецептор ауксинов обладает внутриклеточной активностью аденилатциклазы. Ранее в течение 20 лет считалось, что у таких рецепторов её нет.
Аденилатциклаза — это фермент, производящий циклический AMP (cAMP) из ATP. cAMP — сигнальная молекула, которая, связываясь с белками, меняет их активность и перестраивает клеточные процессы.
Исследователи доказали, что рецептор ауксинов содержит домен с активностью аденилатциклазы. Хотя точные процессы с участием этого фермента и cAMP ещё не полностью изучены, известно, что они влияют на фенотип растений, в частности на торможение роста корней в ответ на гравитропизм.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Методология и прорыв
Учёные из NCU, обладающие многолетним опытом в области растительных циклических нуклеотидов, провели ключевые биохимические анализы. Они использовали:
- Генетические конструкции для получения рекомбинантных форм ферментов в бактериях.
- Направленный мутагенез: замена трёх функциональных аминокислот в структуре белка полностью устраняла активность исследуемой аденилатциклазы.
- Высокоточные методы детекции, такие как жидкостная хроматография в сочетании с тандемной масс-спектрометрией (LC-MS/MS), позволяющие проводить количественный анализ на уровне пикомолей.
Это открытие стало возможным благодаря созданию специальных поисковых мотивов для идентификации доменов циклаз в растениях, поскольку их аминокислотные последовательности сильно отличаются от хорошо изученных животных аналогов.
Значение открытия
- Изменение канона: Открытие домена циклазы в рецепторе ауксинов меняет канонический взгляд на трансдукцию гормонального сигнала у растений. Теперь необходимо учитывать ключевую роль циклических нуклеотидов (cAMP, cGMP).
- Подтверждение существования системы: Ранее низкие концентрации циклических нуклеотидов в растительных клетках (в 1000 раз ниже, чем в животных) и отсутствие точных инструментов вызывали сомнения в их значимости. Теперь доказано, что они действуют локально, а их уровень регулируется ферментами: циклазами (синтез) и фосфодиэстеразами (инактивация).
- "Лунные" белки: Растительные циклазы, как правило, не являются отдельными белками. Они представляют собой домены в составе многодоменных "лунных" (moonlighting) белков, выполняющих несколько функций.
Учёные прогнозируют, что в ближайшие годы начнутся поиски аналогичных активных центров в рецепторах других фитогормонов, что кардинально изменит представления о сигнальной трансдукции у растений. Следующая цель — поиск эффекторов (белков, взаимодействующих с cAMP/cGMP) и ферментов, инактивирующих этот сигнал.